基于核心素养的物理活动教学设计——以“内能”为例

陈强燕

(江苏省石庄高级中学,江苏 南通 226531)

物理学科核心素养包括物理观念、科学思维、实验探究、科学态度与责任四个方面，活动教学的本质就是让学生积极主动参与课堂活动,进行科学探究,并对观察到的现象进行归纳、整理和分析,有效地提高学生自主学习的能力和发散性思维能力,充分发挥学生的主观能动性,让学生成为活动的主体,不断提升其核心素养。

1 设计思想

“内能”一节的教学内容包括内能的概念、影响内能大小的因素、改变物体内能的方式及其实质三部分。

1.1 设计思路

教师利用演示实验“无污染空气响炮”引入新课，创设情境,类比得出分子动能和分子势能,引出物体的内能。通过观察、阅读,分析归纳得出影响内能大小的因素。通过任务导引，总结出改变物体内能的两种方式。通过实例分析,演示实验“自制热功转换仪”,归纳出改变内能的实质。通过解释“无污染空气响炮”的奥秘、观看“神舟十号升空视频”的小活动,反馈巩固教学,呼应开头,提升学生的环保意识和民族自豪感。

1.2 教学重点

本节的教学重点为：改变内能的两种方式及其实质。步骤一是自主活动,感性体验：如何增加铁丝的内能？知道改变内能有不同途径;步骤二是分类比较，获知改变物体内能的不同途径、方法,知道改变内能的两种方式;步骤三是应用分析、完善认识。通过对铁丝放入热水、压缩空气、空气对风车做功等的实例分析,理解改变内能的两种方式——热传递和做功是等效的。

1.3 教学难点

本节的教学难点为：物体对外界做功时温度、内能的变化。通过演示“自制热功转换仪”,使做功改变内能时的温度变化直观可视,直观感受到外界对物体做功,温度升高,内能增大;物体对外界做功，温度降低，内能减少。

本节课重视核心素养的培养,努力通过生活现象、演示实验和学生实验等活动,运用类比、实验探究、归纳总结、建模等物理方法,带领学生逐步认识影响内能大小的因素、改变物体内能的方式及其实质,鼓励学生用物理知识解释生活中的现象。教学中要求学生主动参与,在观察现象、动手实验探究、合作交流等过程中，体会透过现象看本质的思维方法,享受学习的乐趣,认识交流与合作的重要性,激发学生为祖国科学进步而奋斗的热情。

2 教材分析

“内能”是沪教版物理第五章第三节的内容，教学内容包括内能、改变物体内能的方式等。本节是本章内容承上启下的关键,通过内能的学习，既巩固分子动理论,又为热机等知识的学习做铺垫。

3 学情分析

本节课的学习需要机械功与能、能量以及分子动理论等知识准备,学生已熟知这些内容。内能概念较抽象,学生缺乏感性认识，同时也缺少物体对外做功温度降低的直观感受。

八年级学生的思维正处于从形象思维向抽象思维的过渡阶段，虽接触过类比方法,但是学生的实验观察、分析能力还有待提高。应注意利用学生好奇、好动、好强的心理特点,以感性认识为依托,激发学生思维,通过理性分析和判断,获取新知,培养他们的抽象思维能力。

4 教学目标

(1) 物理观念：从生活化的系列活动情境的探究中建立内能的概念，知道影响内能的因素，知道改变物体内能的两种方式，知道内能改变的实质，会运用内能知识解决生活中的实际问题。

(2) 科学思维：通过改变铁丝的温度的活动,知道做功和热传递都可以改变物体的内能,感受比较、归类的科学方法。

(3) 实验探究：通过实验的演示、观察和分析,自主建构分子势能的概念、做功改变内能的实质。

(4) 科学态度与责任：通过实例分析，感悟生活与物理的联系，提升学生的环保意识,激发学生的民族自豪感和使命担当。

5 教学流程

教学流程图如图1所示，以活动的方式展开。

图1

图2

5.1 观察类比,建构内能的概念

教师演示“无污染空气响炮”(如图2),提问：推动响炮弹出的能量来自哪里?

观察类比:

(1) 观察运动足球和分子动画,足球由于运动具有什么能？分子由于运动具有什么能?

(2) 演示“弹簧小球模型”(如图3),压缩和拉伸的弹簧由于弹力作用具有什么能?分子间由于存在相互的引力和斥力的作用具有什么能?

图3

思考与讨论:物体的内能会为零吗?

由于分子在不停地做无规则运动,分子动能不为0,分子势能不为0。

总结:物体是由分子组成的,分子在不停地做无规则运动,具有分子动能,分子间存在相互作用,具有分子势能,所以一切物体都具有内能。

设计意图:由演示自制的“无污染空气响炮”引入新课，通过观察、类比分析，提出分子动能和分子势能的概念，顺势引出内能概念，并通过思考与讨论，得出结论：一切物体都具有内能。

5.2 猜想思考,探究影响内能大小的因素

猜想:我们知道物体的质量有大有小，物体质量越大,所含分子数越多,内能越大。那么质量一定的物体的内能大小与哪些因素有关?

思考与讨论:

(1) 两杯质量相同的冷水和热水,内能相同吗?尝试用已学知识解释。

(2) 质量相同、温度相同的物体,内能就一定相等吗?请同学们阅读课本,回答该问题。

由活动可知：物体内能与温度有关,温度升高,内能增大;温度降低,内能减小(温度改变,分子动能改变,内能改变)。物体的内能还与物体的体积、状态有关，体积、状态改变,分子势能改变,物体内能改变。

设计意图:学生通过猜想、思考与讨论，运用已学的分子热运动和汽化吸热知识,自主探究,验证猜想,感受控制变量方法,让学生自主建构知识。

5.3 任务导引，探究改变内能的两种方式

探究目的:如何使一根铁丝的内能增加?

学生设计方案,分组体验：A放在热水中烫；B在砂纸上摩擦；C放在太阳下晒；D用锤子敲；E放在火上烧；F用力反复弯折；G放在手中捂。

思考与讨论:

(1) 说说这些方法的区别,将其分类,你分类的原则是什么?

A、C、E、G为一类，两物体间存在温度差,高温物体放热,低温的铁丝吸热,发生了热传递。方案B、D、F为一类，伴随着运动,我们知道如果物体在力的作用下,在力的方向上运动一段距离,表明力做功了。

(2) 改变内能的方式有没有第三种?

学生进行小组讨论,在不断的否定中,得出结论：没有第三种改变物体内能的方式。

归纳与总结:改变物体内能的两种方式为做功和热传递。

设计意图:通过任务驱动，设计方案,分组体验,展示交流,激活了学生的思维,培养了学生的发散性思维能力。

5.4 探究改变内能的本质

思考与讨论:

(1) 将铁丝放入热水中,是通过什么方式改变铁丝的内能?

(2) 铁丝和热水的内能如何变化?

高温物体内能减少,低温物体内能增大,内能从高温物体转移到低温物体(或者从物体的高温部分转移到低温部分)。热传递改变物体内能的实质:内能的转移。

教师用自制热功转换仪演示，探究做功改变内能的实质，实验器材为:空油桶、橡皮管、打气筒、带探头的数字化温度计、风车(如图4)。

图4

观察分析：

(1) 压缩空气做功,温度会怎样变化?内能会怎样变化?

(2) 气体膨胀对风车做功,温度会怎样变化?内能会怎样变化?

实验表明：外界对物体做功,温度升高,内能增大,其他形式的能转化为内能。物体对外做功,温度降低,物体内能减小,内能转化为其他形式的能。做功改变物体内能的实质:内能的转化。

设计意图:通过思考与讨论、小组合作,得出热传递改变内能的实质。做功改变内能的过程中温度的变化是内能教学的难点，利用传统教学方法，学生难以获得温度变化的直观体验,利用自制热功转换仪使温度的变化直观可视化,降低了认知难度。

5.5 应用拓展

教师引导学生运用本节所学物理原理解释“无污染空气响炮”的奥秘。

压缩空气,外界对空气做功,内能增大,机械能转化成空气的内能;然后空气膨胀,空气对响炮做功,内能转化为响炮的机械能,推动响炮飞出。

教师播放“神舟十号”发射升空的视频,引导学生分析其中内能的转化,拓展学习空间,激发学生自主学习的欲望。

设计意图:通过解释“无污染空气响炮”的工作原理,巩固教学内容,首尾呼应。观看“神舟十号”发射升空的视频,分析其中内能的转化,让学生深刻体会物理知识来源于生活,服务于社会，了解我国航天科技成就,激发了学生的民族自豪感。

6 结语

本教学设计以培育学生核心素养为目标,充分挖掘教科书素材，巧妙自制教具,创设富有探究性的活动情境,以情激趣,引导学生观察、分析实验现象,通过类比分析、合作交流,归纳和总结规律,从而突破了内能概念教学的难点,达到了相关知识的自然生成，提升了学生应用所学知识解决实际问题的能力。